Nhận dạng biên độ và góc pha thành phần cơ bản của tín hiệu điện áp trong đo lường hệ thống điện

Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Số 45A, 2020

© 2020 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh

NHẬN DẠNG BIÊN ĐỘ VÀ GÓC PHA THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU

ĐIỆN ÁP TRONG ĐO LƯỜNG HỆ THỐNG ĐIỆN

PHẠM QUỐC KHANH1

, CHÂU MINH THUYÊN1

, TRƯƠNG VIỆT ANH2

, HỒ PHẠM HUY ÁNH3

1

Khoa Công Nghệ Điện, Đại học Công Nghiệp Tp Hồ Chí Minh. 2

Khoa Điện Điện tử, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh. 3

Khoa Điện Điện tử, Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh.

[email protected]

Abstract. Việc xác định biên độ và góc pha của điện áp và dòng điện là khâu quan trọng trong việc tính

toán và điều khiển các thành phần hệ thống điện. Các phương pháp nhận dạng hàm phi tuyến thường

được sử dụng trong trường hợp tần số hệ thống điện bị thay đổi. Nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả xác

định biên độ và góc pha các tín hiệu đo lường được, bài báo đề xuất phương pháp nhận dạng các thông số

này bằng thuật toán Gradient Descent thích nghi. Kết quả thu được có thời gian hội tụ và độ chính xác tốt

hơn khi so sánh với phương pháp nhận dạng hàm phi tuyến bằng thuật toán Levenberg–Marquardt.

Keywords. Nhận dạng biên độ và góc pha, biến đổi Fourier, thuật toán Levenberg–Marquardt, thuật

toán Gradient Descent

IDENTIFICATION FOR AMPLITUDE AND ANGLE OF FUNDAMENTAL

COMPONENTS OF POWER NETWORK VOLTAGE

Abstract. The determination of amplitude and angle fundamental components of power network

voltage is key step in calculation and control electrical systems. Nonlinear function recognition methods

are often used in case the power system frequency is changed. In order to further improve the efficiency

of determining the amplitude and phase angle of the measured signals, the paper proposes a method to

identify these parameters using an adaptive Gradient Descent algorithm. The obtained results have better

convergence time and accuracy when compared with the nonlinear function recognition method by

Levenberg – Marquardt algorithm.

Keywords. The determination of amplitude and angle, Fourier transform, Levenberg – Marquardt

algorithm, Gradient Descent algorithm.

1 GIỚI THIỆU

Trong vấn đề giám sát và điều khiển hệ thống điện, nhằm đảm bảo cho hệ thống điện được ổn định và an

toàn, việc xác định chính xác và nhanh chóng biên độ, tần số và góc pha tại các thanh cái là rất quang

trọng. Đây là yêu cầu tiên quyết trong việc đóng điện hay kết nối các thành phần khác nhau trong hệ

thống. Vì tầm quang trong của nó, nhiều phương pháp xác định khác nhau được đề xuất và áp dụng trong

thực tế vận hành.

Ban đầu, với các hệ thống điện nhỏ và đơn giản với điện áp được xem như hình sine chuẩn, việc xác

định biên độ được thực hiện bằng việc chọn giá trị lớn nhất của hình sine và góc pha được xác định dựa

trên thời điểm đi qua điểm không từ phía âm lên dương như định nghĩa của hàm sine. Tuy nhiên, nếu hệ

thống xuất hiện các thành phần phi tuyến trong tải hay xuất hiện nhiễu thì phương pháp này trở nên không

chính xác.

Nhằm nâng cao độ chính xác cho việc nhận dạng sóng sine tần số cơ bản bày, các phương pháp lọc số

và lọc tương tự được đề xuất. Các mạch lọc thông thấp kiểu tương tự LC, RC, LCL được áp dụng để loại

bỏ thành phần hài bậc cao được đề xuất trong các mạch điện tử cơ bản. Tuy nhiên, khi sử dụng các mạch

lọc tương tự do khó khăn trong xác định độ lệch pha tín hiệu sau lọc so với tín hiệu gốc đã làm giảm hiệu

quả điều khiển của các mạch lọc này. Nhằm nâng cao khả năng đáp ứng của việc lọc nhiễu cao tần, các

mạch lọc số được sử dụng trong điều khiển. Các bộ lọc sử dụng biến đổi Fourier [1], [2] và Fourier cải

tiến [3] đã được áp dụng và loại bỏ triệt để hiện tượng trễ pha trong các bộ lọc tương tự. Tuy nhiên các bộ

lọc này vấp phải vấn đề khó khăn đó là tần số tín hiệu thu được phụ thuộc vào tốc độ lấy mẫu. Nói cách

khác, tần số tín hiệu thu được sau biến đổi là một dãy rời rạc các tần số được chọn sau thực hiện biến đổi